In Autokorrelatoren werden nach Strahlaufteilung optische Weglängen gezielt ver- ändert, beispielsweise mit gesteuerter periodischer Schwankung, um mit Teilstrahlen Pulsdauern und Pulsformen zu messen. Wichtig ist der technologische Hintergrund bei Laseranwendungen, vor allem mit kurzen Lichtpulsen von z. B. weniger als 1 ns oder 100 ps, wofür man die Kenntnis der zeitlichen Pulsform braucht. Sie wird durch Messung der Autokorrelationsfunktion der Pulse bestimmt.

In einem Autokorrelator wird üblicherweise interferometer-ähnlich ein Lichtstrahl mittels halbdurchlässiger Spiegel in zwei Anteile aufgespalten, die gegeneinander zeitversetzt und danach in einem nichtlinear-optischen Kristall zusammengeführt werden, wobei in einem Detektor die optische Summenfrequenz beider Teilstrahl-Signale gebildet wird.

Ein Beispiel ist in US-PS 4 628 473 angegeben. Durch zeitintegrierte Messung des Summenfrequenzsignals, dessen Intensität von der zeitlichen Überlappung der zuein- ander zeit-und/oder ortsverschobenen Lichtpulsanteile abhängt, erhält man die Auto- korrelationsfunktion in Abhängigkeit von der Einzelstrahl-Verzögerung. Man hat z. B. gemäß US-PS 4 406 542 einen rotierenden Glasblock eingesetzt, um eine unter- schiedliche Verzögerung zweier Strahlwege zu bewirken.

Die Strahiteilung erfolgt allgemein in einem Interferometer vom Michelson-Typ mit zwei halbdurchlässigen Spiegeln und einer geometrisch-mechanischen Komponente, wel- che die erzeugten Teilstrahlen gegeneinander zeitversetzt. Das lehrbuchbekannte Prinzipschema ist Fig. 2 gezeigt. Weil die Teilstrahlen zunächst über getrennte Wege geführt und sodann rekombiniert werden müssen, ist eine teure Präzisionsmechanik sowie Dünnschichtoptik erforderlich. Die Justierung ist recht mühsam ; sie wird durch die notwendige Phasenanpassung des nichtlinear-optischen Kristalls erschwert. Zur Abhilfe kann man als Nichtlinearität eine Zweiphotonenabsorption in einem Photo- detektor benutzen und den zeitintegrierten Photostrom in Abhangigkeit von der Einzel- strahl-Verzögerung messen, wie z. B. in dem Artikel"Autocorrelation measurement of 6-fs pulses based on the two-photon-induced photocurrent in a GaAsP photodiode" von J. K. Ranka et al. in Optics Letters 22 (1997) No. 17, S. 1344... 1346 beschrieben.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, die Impulsform-Messung und namentlich die Auto-bzw.

Kreuzkorrelation mit stark verringerten Kosten und reduziertem Justage-Aufwand zu ermöglichen. Vor allem soll ein technisch einfacher, besonders kostengünstig herstell- barer Autokorrelator geschaffen werden, der direkt z. B. in Ultrakurzpuls-Lasersysteme integrierbar ist.

Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 1,11 und 15 angegeben. Wei- tere Merkmale und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10 sowie 12 bis 14,16 und 17.

Die Erfindung baut auf einer Anordnung auf, bei der zur Beeinflussung und Messung von gepulster elektromagnetischer Strahlung, insbesondere parallelem Laserlicht, diese (s) in einem Strahlaufnehmer geteilt, hinter ihm durch eine Überlagerungs-oder Fokussiereinrichtung, z. B. eine Linse, zusammengeführt und im Vereinigungs-Bereich von einem Detektor erfaßt wird. Der Strahlaufnehmer ist gemäß Anspruch 1 min- destens zweiteilig ; er besteht aus z. B. nebeneinander angeordneten Strahlprofilteilem, durch die in getrennten, vorzugsweise parallelen Teilstrahlen vor deren Zusammenfüh- rung Änderungen der zeitbezogenen Strahlcharakteristik bewirkbar sind.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden darunter alle zeitlichen Verschie- bungen und/oder Phasenänderungen verstanden, die unterschiedliche Reflexions- bzw. Durchlaßverzögerungen, Phasenveränderungen und/oder optische Weglängen- änderungen zur Folge haben. Der Begriff räumliches Strahlprofil (spatial beam profile) meint die Intensitätsverteilung quer zur Strahlausbreitungs-Richtung, d. h. eine Funktion I (x, y), wobei x, y transversale Koordinaten sind, oder I (r), worin r eine zum Strahl radiale Koordinate bezeichnet. Demgemäß umfaßt ein Strahlprofilteiler eine Einrich- tung, die das räumliche Strahlprofil des einfallenden Lichts in Teilstrahlen mit jeweils eigenem Strahiprofil umsetzt. Eine herkömmliche Strahlaufspaltung ohne Profilände- rung, etwa in einem teildurchlässigen Spiegel, ist nicht gemeint.

Ein erfindungsgemäßer Autokorrelator kostet in der Herstellung nur einen Bruchteil, z. B. etwa ein Zehntel des Preises üblicher Systeme. Der sehr übersichtliche und sta- bile mechanische Aufbau erfordert außerordentlich geringe Mittel.

Nach Anspruch 2 sind die Strahlprofilteiler relativ zueinander unterschiedlich steuerbar, so daß bereits eine Änderung mit bzw. in einem der Strahlprofilteiler zu einer gesteu- erten Veränderung der zeitbezogenen Strahlcharakteristik fuhrt.

Laut Anspruch 3 ist der Strahlaufnehmer als Spiegel-, Platten-, Kammer-oder Kristall- System mit einem Strahlprofilteiler ausgebildet, der einen Basis-Teilstrahl schafft oder unverändert täßt, während durch wenigstens einen weiteren, dem ersteren benach- barten Strahlprofilteiler die zeitbezogene Charakteristik des bzw. jedes anderen Teil- strahls gezielt beeinflußbar ist.

Anspruch 4 sieht vor, daß der Strahlaufnehmer ein in seiner Spiegelfläche geteilter Spiegel ist, dessen Teilspiegel zueinander relativbeweglich sind. Gegenüber herkömm- lichen Autokorrelatoren ist ein entscheidender Vorteil der Teilspiegel-Konstruktion das Fehlen jeglicher Dispersion, da man keinerlei dispersive Elemente benötigt. Bevorzugt ist wenigstens ein Teilspiegel relativ zu einem beispielsweise ortsfesten oder phasen- verschoben bewegten Teilspiegel in Richtung der Spiegelflächen-Normalen verschieb- lich. Dazu kann zumindest einer der Strahlprofilteiler laut Anspruch 5 mit einem Schwingungserzeuger verbunden sein, z. B. mit einem rückseitig angeordneten Laut- sprecher, Piezoschwinger o. dgl.

Eine alternative Bauform gemäß Anspruch 6 verwendet als Strahlprofilteiler Durch- strahl-Elemente, die relativ zueinander und/oder um eine zum einfallenden Strahl in einem Winkel stehende Achse drehbar sind, wodurch Änderungen von optischen Weglängen und Phasenverschiebungen bewirkt werden. Laut Anspruch 7 sind zwei oder mehr Durchstrahl-Elemente als Ftachkörper ausgebildet, deren Dicke bzw. Mate- rialstärke auf die zu messende Pulsform abgestimmt ist. Sie können gemäß Anspruch 8 aus Glas, Quarz, Kunststoff o. dgl. bestehen, Streifen-oder Plättchenform haben und dicht nebeneinander angeordnet sein. Eine Hochkant-oder Quer-Anordnung der z. B. teils feststehenden, teils beweglichen Flachkörper lafßt sich konstruktiv besonders ele- gant und außerdem sehr kostengünstig realisieren. Zweckmäßig ist nach Anspruch 9 wenigstens einer der Strahlprofilteiler motorisch und/oder schwingend antreibbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Strahlaufnehmer gemäß Anspruch 10 ein z. B. würfel-oder quaderförmiger Kristall sein, der einen entweder kontaktierten oder kontaktfreien Teilkörper und wenigstens einen weiteren, mit Kontaktflächen ver- sehenen Teilkörper aufweist, welcher durch ein elektrisches oder magnetisches oder elektromagnetisches Feld zustandsveränderlich ist, so daß z. B. eine Phasenverschie- bung durch Brechungsindex-Änderung zustandekommt. Bei dieser Bauform entfallen bewegliche Elemente bzw. Baugruppen ; der Autokorrelator ist daher besonders robust und gut zu handhaben.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der zur Beeinflussung und Messung von gepulster elektromagnetischer Strahlung, ins- besondere parallelem Laserlicht, diese (s) in einem Strahlaufnehmer geteilt, hinter ihm durch eine Überlagerungs-oder Fokussiereinrichtung, z. B. eine Linse, zusammen- geführt und im Vereinigungs-Bereich von einem Detektor erfaßt wird, wobei gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 der Strahlaufnehmer ein durchstrahlbares Gehäuse aufweist, das als Strahlprofilteiler wenigstens zwei Durchlaßteile umschließt, mit bzw. in denen in getrennten, vorzugsweise parallelen Teilstrahlen vor der Zusammenfüh- rung Änderungen der zeitbezogenen Strahlcharakteristik bewirkbar sind, namentlich unterschiedliche Reflexions-oder Durchlaßverzögerungen, Phasenveränderungen und/oder optische Weglängenänderungen. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie ohne bewegliche Bauelemente realisierbar ist.

Günstig ist die Ausführungsform von Anspruch 12, wonach zumindest zwei als Strahl- profilteiler ausgebildete Durchlaßteile relativ zueinander unterschiedlich steuerbar sind, so daß sich eine Vielfalt von Beeinflussungs-Möglichkeiten ergibt.

Ein Durchlaßteil kann gemäß Anspruch 13 einen Basis-Teilstrahl schaffen oder unver- ändert lassen und parallel zu wenigstens einem weiteren Durchlaßteil angeordnet sein, mit bzw. in dem die zeitbezogene Charakteristik des bzw. jedes anderen Teilstrahis gesteuert beeinflußbar ist. In Anspruch 14 ist speziell vorgesehen, daß der bzw. jeder andere Teilstrahl mit dem weiteren Durchlaßteil phasenverschoben, vorzugsweise gegenphasig zu dem einen Teilstrahl steuerbar ist, wodurch auf überaus einfache Weise Spiegel-bzw. Interferenz-Effekte möglich werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 15 zum Beeinflussen und Messen elektromagnetischer Strahlung durch die Kombination von geometrischer Strahlprofilteilung und ultrakurzen Pulsen von weniger als 1 ns, bevorzugt weniger als 100 ps Dauer derart, daß ausgangsseitig Teilstrahlen mit wenig- stens zwei unterschiedlichen optischen Weglängen oder Phasenveränderungen vor oder in einem Vereinigungs-Bereich mit einer Meßeinrichtung, z. B. einem Detektor erfaßbar sind. Dadurch eröffnen sich neue Anwendungen, beispielsweise die Puls- Charakterisierung mit einem nichtlinearen Kristall oder einem Zweiphotonen-Absorp- tions-Detektor (TPA) ; ferner Erzeugung und Messung von Pulsmustern, Abstands- oder Chirp-Messung, Phasenmessung bzw.-verzerrung, Material-Charakterisierung und-Analyse, Polarisations-Einstellung usw.

In diesem Zusammenhang sieht Anspruch 16 vor, daß zwischen dem Strahlaufnehmer und wenigstens einem Strahlprofilteiler oder zwischen wenigstens einem Strahlprofil- teiler oder der Vereinigungs-Einrichtung ein zu untersuchendes Objekt einführbar ist, so daß beispielweise eine Materialart oder-Zusammensetzung anzeig-und/oder meß- bar ist.

Eine weitere Alternative besteht laut Anspruch 17 darin, daß ein zu untersuchendes Objekt einen der Strahiprofilteiler bildet und/oder daß zwei oder mehr zu unter- suchende Objekte je einen der Strahlprofilteiler bilden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen : Fig. 1a eine schematische Darstellung eines neuartigen Autokorrelators, Fig. 1b eine schematische Darstellung eines weiteren neu artigen Autokorrelators, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Autokorrelators vom Interferometer-Typ, Fig. 3a eine Draufsicht auf eine Spiegelanordnung, Fig. 3b eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 3a, Fig. 4a eine Draufsicht auf eine Plättchenanordnung, Fig. 4b eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 4a, Fig. 5a eine Draufsicht auf eine Kristallanordnung und Fig. 5b eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 5a.

Das Schema von Fig. 1a veranschaulicht eine allgemein mit 10 bezeichnete Vorrich- tung, die einen Strahlaufnehmer 12 aufweist. Er umfaßt zumindest zwei relativ zuein- ander bewegliche Strahlprofilteiler 14,16, beispielsweise parallele Teilspiegel, durch die einfallendes gepulstes Licht L in zwei Teilstrahlen S, T aufgespalten wird, die in einer Zusammenführ-Einrichtung 18 wieder vereinigt werden. Im Überlagerungs- Bereich U oder in dessen Umfeld kann sich ein Detektor 20 befinden, z. B. ein Zwei- photonen-Detektor. Neben den Strahlen L bzw. S, T ist das zugehörige Intensitätsprofil I (r) mit jeweils gleichartiger Schraffur schematisch angedeutet.

Aus Fig. 1b geht hervor, daß als Strahlaufnehmer für das einfallende Licht L ein hier als Modulator 52 bezeichneter Körper dienen kann. Dieser hat als Strahlprofilteiler einen z. B. axial durchstrahlbaren Durchlaßteil 54 für einen Basis-Teilstrahl S und einen benachbarten weiteren DurchlaRteil 56, mit dem die zeitbezogene Charakteristik eines anderen Teilstrahls T in steuerbarer Weise verandert werden kann, worauf die Teil- strahl-Zusammenführung im Überlagerungs-Bereich U erfolgt.

In Fig. 3a und 3b ist ein konkretes Ausführungsbeispiel der allgemeinen Anordnung von Fig. 1a dargestellt. Dieser Strahlaufnehmer 12 hat ein Konkavspiegel-System 22 mit Strahl prof iltei lern in Form eines entweder beweglichen oder unbeweglichen Teil- spiegels 24, der parallel zu einem beweglichen Teilspiegel 26 verläuft, welcher rück- seitig mit einem Lautsprecher 28 oder einem anderen Schwingungserzeuger bewe- gungsverbunden ist. Das zu analysierende Licht L verteilt sich zu etwa gleichen Antei- len auf die Teilspiegel 24,26 ; es fällt unter einem mäßigen oder geringen Winkel ß zur Normalen der Spiegelfläche 30 ein. Die reflektierten Teilstrahlen S, T führt das zugleich als Fokussier-Einrichtung wirkende Spiegel-System 22 in einem Fokus F zusammen.

Dort oder in seinem Umfeld (U, Fig. 1) befindet sich z. B. ein Zweiphotonenabsorptions- Detektor 20. Im Betrieb werden infolge der Relativbewegung zwischen den Teilspie- geln 24,26 die räumlich getrennten Teilstrahlen S, T gegeneinander verzögert. Für einen solchen Autokorrelator benötigt man keinerlei dispersive Bauelemente.

Bei der in Fig. 4a und 4b gezeigten Vorrichtung 10 erfolgt die Strahlprofilteilung von einfallendem Laserlicht L mit Durchstrahl-Elementen 32. Im dargestellten Beispiel sind als Strahlprofilteiler ein unbeweglicher Durchlaßteil 34 und ein drehbarer Durchlaßteil 36 vorhanden. Beide können Streifen-bzw. Plättchenform haben und z. B. aus Glas, Quarz oder Kunststoff bestehen. Wird der drehbare Teil 36-beispielsweise motorisch- angetrieben, so variiert dies je nach der momentanen Durchstrahltiefe die optische Weglänge im Teilstrahl T relativ zu dem unveränderten Basis-Teilstrahl S. Wiederum ermöglicht die Zusammenführung mittels einer Fokussier-Einrichtung 58 im Fokus F die Detektor-Abtastung zur Gewinnung der Autokorrelationsfunktion.

Noch eine andere Ausführungsform gemäß. Fig. 5a und 5b entspricht dem Prinzipauf- bau nach Fig. 1b und erfordert keine mechanisch bewegten Bauteile. Das Laserlicht L durchstrahit hierbei ein Kristall-System 42, das als Strahlprofilteiler einen entweder kontaktierten oder kontaktfreien Teilkörper 44 und daneben einen kontaktierten Teil- körper 46 aufweist, dessen Kontaktflächen 48 mit Anschlüssen 40 für eine (nur sche- matisch angedeutete) Spannungsquelle versehen sind. Man erkennt, daß der kontak- tierte Teilkörper 46 als elektrooptischer Kristall den Teilstrahl T beeinflußt, der durch die Fokussier-Einrichtung 58 mit dem unveränderten Basis-Teilstrahl S im Fokus F vereinigt wird. Die gegeneinander verzögerten Strahlanteile werden im Detektor 20 erfaßt, der im Vereinigungs-Bereich der Teilstrahlen S, T angeordnet ist.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Zum Beeinflussen und Messen gepulster elektromagnetischer Strahlung, z. B. parallelen Laserlichts L, ist sie bzw. es insbeson- dere in einem Autokorrelator mit einem Strahlaufnehmer 12 oder einem Modulator 52 teilbar, hinter diesem durch eine Überlagerungs-Einrichtung 18 bzw. 58, z. B. eine Linse, zusammenführbar und im Vereinigungs-Bereich von einem Detektor 20 erfaß- bar. Als Durchlaß-System 52 umschließt der Strahlaufnehmer in einem durchstrahl- baren Gehäuse 50 als Strahlprofilteiler wenigstens zwei Durchlaßteile 54,56, mit bzw. in denen getrennte, vorzugsweise parallele Teilstrahlen S, T vor der Zusammenführung in der zeitbezogenen Strahlcharakteristik veränderbar sind. Bevorzugt hat der Strahl- aufnehmer 12 nach der Erfindung ein wenigstens zweiteiliges Spiegel- (22), Platten- (32) oder Kammer-bzw. Kristall-System (42) mit einem Strahiprofilteiler 14,24,34,44, der einen Basis-Teilstrahl S schafft oder unverändert läßt, während in wenigstens einem benachbarten Strahlprofilteiler 16,26,36,46 die zeitbezogene Charakteristik des bzw. jedes anderen Teiltrahls T unterschiedlich steuerbar ist, um insbesondere Reflexions-oder Durchlaßverzögerungen, Phasenveränderungen und/oder optische Weglängenänderungen zu bewirken.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anord- nungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschieden- sten Kombinationen erfindungswesentlich sein.